WO2023276006A1 - 撮像ユニット、内視鏡、および、撮像ユニットの製造方法 - Google Patents

撮像ユニット、内視鏡、および、撮像ユニットの製造方法 Download PDF

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淳也 山田
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Definitions

  • the present invention provides an imaging unit in which an imaging member is arranged in a concave portion of a three-dimensional wiring board, an endoscope including an imaging unit in which an imaging member is arranged in a concave portion of the three-dimensional wiring board, and an image pickup unit in the concave portion of the three-dimensional wiring board.
  • the present invention relates to a method for manufacturing an imaging unit in which members are arranged.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-18993 discloses a laminated element manufactured by a wafer level method in order to efficiently manufacture a small-diameter imaging unit.
  • the laminated element is produced by cutting a laminated wafer in which a plurality of lens wafers each including a plurality of lenses and a plurality of imaging elements are adhered.
  • Patent No. 6533787 discloses an imaging unit in which a laminated element including an imaging element is housed in a concave portion of a three-dimensional wiring board.
  • the manufacturing process can be simplified by using a molded interconnect device (MID) as a three-dimensional wiring board.
  • MID molded interconnect device
  • An object of the embodiments of the present invention is to provide an imaging unit that is easy to manufacture, an endoscope that is easy to manufacture, and a method for manufacturing an imaging unit that is easy to manufacture.
  • An imaging unit includes a substantially rectangular parallelepiped laminated element having a light receiving surface and a back surface opposite to the light receiving surface, and having an external electrode for outputting an imaging signal on the back surface; and a side surface perpendicular to the first main surface, a bonding electrode and an alignment mark on the bottom surface of the recess of the first main surface, and the external electrode of the multilayer element disposed in the recess, It has on the side surface a protrusion that is joined to the bonding electrode and protrudes in a first direction parallel to the wall surface of the recess, and on the bottom surface, the bonding electrode is virtually moved in the first direction. and a three-dimensional wiring board in which the area of the area where the area 1 and the alignment mark overlap is less than 50% of the area of the alignment mark.
  • An endoscope of another embodiment includes an imaging unit, and the imaging unit has a light-receiving surface and a back surface on the opposite side of the light-receiving surface. , a first main surface and a side surface orthogonal to the first main surface, a bonding electrode and an alignment mark on the bottom surface of a recess in the first main surface, and a bonding electrode and an alignment mark in the recess.
  • the external electrode of the arranged laminated element is joined to the joining electrode, has a protrusion on the side surface that protrudes in a first direction parallel to the wall surface of the recess, and a three-dimensional wiring board in which the area of a region where a first region obtained by virtually moving the bonding electrode in one direction and the alignment mark overlap is less than 50% of the area of the alignment mark.
  • a manufacturing method of an imaging unit has a first main surface and a side surface perpendicular to the first main surface, and includes a plurality of bonding electrodes and alignment marks on the bottom surface of a concave portion of the first main surface. are manufactured using an injection molding method in which resin is injected into a mold via runners extending from the respective side surfaces, and then laser irradiation is performed to form a plating film. a step of manufacturing the plurality of three-dimensional wiring boards by cutting the respective runners, thereby forming a three-dimensional wiring having a gate cut portion protruding in a first direction parallel to the wall surface of the recess on the side surface of the plurality of three-dimensional wiring boards.
  • the external electrode of a substantially rectangular parallelepiped multilayer element having a light receiving surface and a back surface and an external electrode for outputting an imaging signal on the back surface, using the alignment mark in which the area of the overlapping region is less than 50% of the area. with the bonding electrode; and bonding the external electrode and the bonding electrode.
  • an imaging unit that is easy to manufacture an endoscope that is easy to manufacture, and a method for manufacturing an imaging unit that is easy to manufacture.
  • FIG. 1 is a perspective view of an imaging unit according to a first embodiment
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an imaging unit according to a first embodiment
  • FIG. 4 is a top view of the MID of the imaging unit of the first embodiment
  • FIG. 4 is a top view of part of the MID of the imaging unit of the first embodiment
  • FIG. 4 is a flow chart of a method for manufacturing the imaging unit of the first embodiment
  • FIG. 4 is a plan view for explaining a manufacturing method of the MID of the imaging unit of the first embodiment
  • FIG. 4 is a plan view for explaining a manufacturing method of the MID of the imaging unit of the first embodiment
  • FIG. 4 is a perspective view for explaining a method of manufacturing the imaging unit of the first embodiment
  • FIG. 4 is a perspective view for explaining a method of manufacturing the imaging unit of the first embodiment
  • FIG. 10 is a top view of part of the MID of the imaging unit of Modification 1 of the first embodiment
  • FIG. 11 is a top view of part of the MID of the imaging unit of Modification 2 of the first embodiment
  • It is a perspective view of the endoscope of 2nd Embodiment.
  • the imaging unit 1 of this embodiment shown in FIGS. 1 and 2 includes a three-dimensional wiring board 10, a laminated element 20, and a resin 30. As shown in FIG. Note that the resin 30 is not shown in FIG.
  • the laminated element 20 has a light receiving surface 20SA and a back surface 20SB opposite to the light receiving surface 20SA, and has an external electrode 25 for outputting an imaging signal on the back surface 20SB.
  • the laminated element 20 includes an optical system 22 in which a plurality of optical elements are laminated, and an imaging element (image sensor) 21 .
  • the optical element is, for example, a hybrid lens element (composite element) having a glass plate and a resin lens, an infrared cut filter element, or the like.
  • the configuration of the optical system 22, that is, the configuration (thickness, shape), type, number, and stacking order of the optical elements can be modified in various ways according to the specifications.
  • a light-shielding film patterned on the main surface of any one of the optical elements may be arranged as a diaphragm.
  • the laminated element 20 is manufactured by a wafer level method of cutting a bonded wafer obtained by bonding a laminated wafer composed of a plurality of optical element wafers each containing a plurality of optical elements and a plurality of imaging element wafers each containing a plurality of imaging elements. It is Therefore, the laminated element 20 is a rectangular parallelepiped.
  • the laminated element 20 may be manufactured by a wafer level method of cutting a bonded wafer in which a plurality of imaging elements are adhered to a laminated wafer.
  • the imaging device 21 whose base material is silicon has a light-receiving part made up of a CCD or the like.
  • the laminated device 20 (imaging device 21) has solder bumps 29 on the external electrodes 25 on the back surface 20SB.
  • At least one semiconductor device that processes an image signal may be stacked on the bottom surface of the image sensor 21 .
  • the electrode on the lower surface of the semiconductor element serves as the external electrode 25 .
  • a cover glass may be provided on the upper surface of the imaging element 21 .
  • Three-dimensional wiring board 10 (hereinafter referred to as “wiring board 10”) includes first main surface 10SA, side surface 10SS orthogonal to first main surface 10SA, and second main surface 10SS opposite to first main surface 10SA. and a main surface 10SB.
  • the first main surface 10SA has a recess H10.
  • the recess H10 has four wall surfaces H10SS and a bottom surface H10SB. Two side surfaces H10SS of the four wall surfaces H10SS are parallel to the direction of the side surface 10SS with respect to the recess H10 (first direction: Y direction in the drawing).
  • the opening of the recess H10 is substantially rectangular with curved corners, but may be rectangular.
  • Wiring board 10 has main portion 11 having recess H10, and third main surface 10SA2 parallel to first main surface 10SA and having a shorter distance from second main surface 10SB than first main surface 10SA. and an extension 12 having a .
  • the side surface of the extended portion 12 is the side surface 10SS.
  • Wiring board 10 also has extended portion 13 on the opposite side of extended portion 12 with main portion 11 interposed therebetween.
  • the third main surface 10SA2 does not have to be parallel to the first main surface 10SA as long as the extension 12 has a side surface 10SS having a gate cut portion (projection) 10P, which will be described later.
  • the extended portion 12 may have a through hole, or may have an electronic component mounted thereon.
  • the wiring board 10 does not have to have the extended portions 12 and 13 .
  • the side surface of the main portion 11 is the side surface 10SS.
  • a plurality of bonding electrodes 15 and a plurality of alignment marks 16 (16A, 16B) are arranged on the bottom surface H10SB of the recess H10.
  • the junction electrode 15 is electrically connected to the electrode on the second main surface 10SB via surface wiring and through wiring.
  • the bonding electrode 15 may be connected to the electrode on the second main surface 10SB via the wiring on the wall surface of the recess H10, the wiring on the first main surface 10SA, and the wiring on the side surface of the main portion 11.
  • the laminated element 20 is arranged in the recessed portion H10 of the wiring board 10 .
  • the external electrodes 25 of the laminated element 20 are joined to the joining electrodes 15 on the bottom surface H10SB of the recess H10 by solder bumps 29.
  • the light receiving portion of the imaging element 21 is electrically connected to the electrodes of the second main surface 10SB via the external electrodes 25, the solder bumps 29, the bonding electrodes 15, and the through wirings.
  • the resin 30, which is a thermosetting epoxy resin, seals the gap between the recess H10 and the laminated element 20.
  • the resin 30 seals the laminated element 20 and relaxes the stress applied to the laminated element 20 .
  • the resin 30 has a light shielding property, such as by containing light shielding particles.
  • Alignment between the external electrodes 25 of the laminated element 20 and the bonding electrodes 15 on the bottom surface H10SB of the recessed portion H10 of the wiring board 10 is performed using an alignment device. At least two alignment marks 16 of 10 are detected, and then, based on the positions of the alignment marks 16, the laminated element 20 or the wiring board 10 is positioned so that the laminated element 20 and the wiring board 10 are in predetermined relative positions. is done by moving the alignment device.
  • the alignment device calculates a correlation coefficient (similarity) with the template (size/shape of the alignment mark 16) based on the photographed image of the search area SA (FIG. 4) of the bottom surface H10SB of the recess H10. , geometric shape pattern matching is performed using the similarity as a scale, and the alignment mark 16 is detected.
  • Wiring board 10 has, on side surfaces 10SS, protrusions 10P projecting in a first direction (Y direction in the drawing) parallel to two side surfaces H10SS of the four wall surfaces of recess H10. As will be described later, since the protrusions 10P shown in FIG. Therefore, the initial positions of the plurality of wiring boards 10 fixed to the jig 50 vary.
  • the bonding electrode 15 and the alignment mark 16 have the same shape and size due to the restrictions of the specifications of the laminated element 20 and the detection capability of the alignment device.
  • the alignment mark 16 is also circular with a diameter of 100 ⁇ m. Therefore, when the alignment mark 16 is detected, the bonding electrode 15 may be erroneously recognized as the alignment mark 16 . Even if the bonding electrode 15 and the alignment mark 16 have approximately the same shape and approximately the same size, the bonding electrode 15 may be erroneously recognized as the alignment mark 16 .
  • substantially the same shape and substantially the same size means that the area of the overlapping region when the bonding electrode 15 and the alignment mark 16 smaller than the bonding electrode 15 are virtually superimposed is equal to the area of the alignment mark 16, for example, 60%. % or more.
  • the wiring board 10 of the image pickup unit 1 has a first area A15 obtained by virtually moving the bonding electrode 15 in the first direction (Y direction) and the alignment mark 16 on the bottom surface H10SB of the recess H10. are not superimposed.
  • the search area SA of the alignment device is set relatively large in the Y direction in consideration of variations in the amount of projection of the convex portion 10P. However, by setting the search area SA so as not to include the first area A15, the junction electrode 15 is not erroneously recognized as the alignment mark 16. FIG. Since the laminated element 20 and the wiring board 10 can be easily aligned, the imaging unit 1 can be easily manufactured.
  • Step S10> Injection Molding As shown in FIG. 6, a plurality of wiring boards 10 are manufactured using an injection molding method. MID resin is injected from a spool 40 via a runner 41 and a gate 42 into a mold (not shown) containing the shapes of a plurality of three-dimensional wiring boards. A plurality of molded bodies to be a plurality of wiring boards 10 removed from the mold are connected by spools 40 and runners 41 .
  • a region having catalytic activity for electroless plating is formed on the surface of a molded body made of MID resin by irradiating it with a laser. Furthermore, a through hole is formed in the bottom surface of the recess H10. After that, by performing electroless plating, the molding becomes the wiring board 10 on which the bonding electrodes 15, the alignment marks 16 and the like are arranged.
  • wiring board 10 has first main surface 10SA and side surface 10SS orthogonal to first main surface 10SA, and bonding electrode 15 is provided on bottom surface H10SB of recess H10 of first main surface 10SA. and alignment marks 16 .
  • Step S ⁇ b>20 Gate Cut As shown in FIG. 7 , a plurality of wiring boards 10 connected by runners 41 are separated into individual wiring boards 10 by cutting at respective gates 42 . Therefore, wiring board 10 has, on side surface 10SS, gate cut portion 10P projecting in the first direction parallel to wall surface H10SS of recess H10.
  • a wafer level method of cutting a bonded wafer obtained by bonding a plurality of imaging elements to a laminated wafer composed of a plurality of optical element wafers each including a plurality of optical elements is cut into a rectangular parallelepiped. is produced.
  • the laminated element 20 has solder bumps 29 on the external electrodes 25 on the back surface 20SB.
  • the wiring board 10 is fixed to the jig 50 as shown in FIG. Jig 50 may be part of an alignment system. At this time, the gate cut portion 10 ⁇ /b>P of the wiring board 10 is brought into contact with one surface of the jig 50 .
  • the protrusion amount d of the gate cut portion 10P from the side surface 10SS is not uniform among the plurality of wiring boards 10.
  • Step S40> Positioning While moving at least one of the wiring board 10 and the laminated element 20, the bonding electrodes 15 of the wiring board 10 and the external electrodes 25 of the laminated element 20 are positioned.
  • the alignment mark 16 is detected. Although only one alignment mark 16 may be detected depending on the shape of the alignment mark 16, it is preferable to detect at least two alignment marks 16 in order to increase the positioning accuracy.
  • the position of the bonding electrode 15 at a predetermined relative position with respect to the position of the alignment mark 16 is estimated.
  • Laminated element 20 is inserted into recessed portion H10 of wiring board 10 in an aligned state such that the position of external electrode 25 of laminated element 20 overlaps the estimated position of bonding electrode 15 of wiring board 10. .
  • the XY coordinates of the two bonding electrodes 15 out of the plurality of bonding electrodes 15 are determined. Coordinates 15 are estimated.
  • the holding member holding the multilayer element 20 moves the multilayer element 20 to the Z direction after the position of the external electrode 25 is moved to the XY coordinates 15, so that the multilayer element 20 is aligned. It is inserted into the recess H10 of the wiring board 10 . Note that an adhesive may be used to temporarily fix the laminated element 20 to the recess H10.
  • the search area SA of the alignment device is set so as not to include the first area A15. Therefore, the bonding electrode 15 is not erroneously recognized as the alignment mark 16 .
  • Step S50> Joining The wiring board 10 and the laminated element 20 are positioned and temporarily fixed, for example, and are subjected to reflow heat treatment to join the external electrodes 25 and the joining electrodes 15 by the solder bumps 29. be. After that, the resin 30 is injected into the gap between the concave portion H10 and the laminated element 20, and then cured. When joining with the solder bumps 29, paste solder may be applied to the external electrodes 25 in advance.
  • the manufacturing method of the imaging unit 1 of this embodiment facilitates the positioning of the wiring board 10 and the laminated element 20 .
  • the image pickup units 1A and 1B of Modifications 1 and 2 are similar to the image pickup unit 1 and have the same effects.
  • ⁇ Modification 1> As shown in FIG. 9, in the wiring board 10A of the image pickup unit 1A of this modified example, on the bottom surface H10SB of the concave portion H10, a first area A15 obtained by virtually moving the bonding electrode 15 in the first direction (Y direction) and an alignment There is an overlapping area AX where the mark 16 overlaps.
  • the area of the overlapping area AX is 20% of the area of the alignment mark 16 .
  • the search area SA of the alignment apparatus includes the first area A15, but does not include the entire bonding electrode 15, so the bonding electrode 15 is not erroneously recognized as the alignment mark 16.
  • the area of the overlapping area AX is preferably less than 50% of the area of the alignment mark 16, and particularly preferably less than 30%.
  • the bonding electrode 15 is moved to the first area A15 in which the bonding electrode 15 is virtually moved in the first direction (Y direction), and the bonding electrode 15 is moved to the first area A15.
  • the second region B15 virtually moved in the second direction (X direction) orthogonal to the direction (Y direction) and the alignment mark 16 do not overlap.
  • a search area (not shown) of the alignment device does not include the first area A15 and the second area B15. Therefore, the imaging unit 1 ⁇ /b>B does not erroneously recognize the bonding electrode 15 as the alignment mark 16 more than the imaging unit 1 .
  • the bonding electrode 15 will not be erroneously recognized as the alignment mark 16 .
  • the endoscope 9 of this embodiment shown in FIG. 11 includes an insertion portion 91 , an operation portion 92 , a universal cord 93 and an endoscope connector 94 .
  • the elongated tube-shaped insertion portion 91 is inserted into the body cavity of the living body.
  • the endoscope 9 includes imaging units 1, 1A, and 1B arranged at the distal end portion 91A of the insertion portion 91. As already explained, since the imaging units 1, 1A, and 1B are easy to manufacture, the endoscope 9 is easy to manufacture.
  • the three-dimensional wiring board having the concave portion H10 in which the laminated element 20 is arranged is not limited to the MID, and may be produced by processing with a 3D printer or cutting, for example.
  • the material of the three-dimensional wiring board is also not limited to resin, and may be ceramic or glass epoxy.
  • the endoscope 9 is a medical flexible scope, but the endoscope of another embodiment may be an industrial endoscope or a rigid scope having a rigid straight tube as an insertion section. may
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, etc., and various changes, modifications, etc. can be made without changing the gist of the present invention.

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Abstract

撮像ユニット１は、外部電極２５を有する略直方体の積層素子２０と、第１の主面１０ＳＡの凹部Ｈ１０の底面Ｈ１０ＳＢに接合電極１５とアライメントマーク１６とを有し、前記凹部Ｈ１０に配設された前記積層素子２０の前記外部電極２５が、前記接合電極１５と接合されており、前記凹部Ｈ１０の壁面Ｈ１０ＳＳと平行な第１の方向に突出する凸部１０Ｐを側面１０ＳＳに有し、前記底面Ｈ１０ＳＢにおいて、前記第１の方向に前記接合電極１５を仮想移動した第１の領域Ａ１５と、前記アライメントマーク１６と、が重畳する領域ＡＸの面積が、前記アライメントマーク１６の面積の５０％未満である立体配線板１０と、を具備する。

Description

撮像ユニット、内視鏡、および、撮像ユニットの製造方法
　本発明は、立体配線板の凹部に撮像部材が配設された撮像ユニット、立体配線板の凹部に撮像部材が配設された撮像ユニットを含む内視鏡、および、立体配線板の凹部に撮像部材が配設された撮像ユニットの製造方法に関する。
　内視鏡の挿入部の先端部に配設される撮像ユニットは低侵襲化のため細径化が重要である。
　日本国特開２０１２－１８９９３号公報には、細径の撮像ユニットを効率良く製造するために、ウエハレベル法で製造された積層素子が開示されている。ウエハレベル法では、積層素子は、それぞれが複数のレンズを含む複数のレンズウエハと、複数の撮像素子とを接着した積層ウエハを切断することで作製される。
　国際公開第２０１５／０８２３２８号（特許６５３３７８７号）公報には、撮像素子を含む積層素子を立体配線板の凹部に収容した撮像ユニットが開示されている。成形回路部品（ＭＩＤ：Molded Interconnect Device）を立体配線板として用いることによって、製造工程を簡略化することができる。
　しかし、超小型の撮像ユニットでは、凹部の底面の接合電極と、積層素子の裏面の外部電極とを正確に位置決めすることは容易ではない。特に、後述するように、ＭＩＤは、外寸のばらつきが不可避に生じる。このため、接合電極が、位置決めのためのアライメントマークと、誤認識されてしてしまうことがあった。
特開２０１２－１８９９３号公報 国際公開第２０１５／０８２３２８号公報
　本発明の実施形態は、製造が容易な撮像ユニット、製造が容易な内視鏡、および、製造が容易な撮像ユニットの製造方法を提供することを目的とする。
　実施形態の撮像ユニットは、受光面と前記受光面の反対側の裏面とを有し、撮像信号を出力する外部電極を前記裏面に有する略直方体の積層素子と、第１の主面と前記第１の主面に直交する側面とを有し、前記第１の主面の凹部の底面に接合電極とアライメントマークとを有し、前記凹部に配設された前記積層素子の前記外部電極が、前記接合電極と接合されており、前記凹部の壁面と平行な第１の方向に突出する凸部を前記側面に有し、前記底面において、前記第１の方向に前記接合電極を仮想移動した第１の領域と、前記アライメントマークと、が重畳する領域の面積が、前記アライメントマークの面積の５０％未満である立体配線板と、を具備する。
　別の実施形態の内視鏡は、撮像ユニットを含み、前記撮像ユニットは、受光面と前記受光面の反対側の裏面とを有し、撮像信号を出力する外部電極を前記裏面に有する略直方体の積層素子と、第１の主面と前記第１の主面に直交する側面とを有し、前記第１の主面の凹部の底面に接合電極とアライメントマークとを有し、前記凹部に配設された前記積層素子の前記外部電極が、前記接合電極と接合されており、前記凹部の壁面と平行な第１の方向に突出する凸部を前記側面に有し、前記底面において前記第１の方向に前記接合電極を仮想移動した第１の領域と、前記アライメントマークと、が重畳する領域の面積が、前記アライメントマークの面積の５０％未満である立体配線板と、を具備する。
　別の実施形態の撮像ユニットの製造方法は、第１の主面と前記第１の主面に直交する側面を有し、前記第１の主面の凹部の底面に複数の接合電極とアライメントマークとを有する複数の立体配線板を、それぞれの前記側面から延設されたランナーを経由して樹脂を金型に注入する射出成型法を用いて作製してから、レーザ照射し、めっき成膜することによって作製する工程と、前記複数の立体配線板を、それぞれの前記ランナーを切断することによって、前記側面に、前記凹部の壁面と平行な第１の方向に突出するゲートカット部を有する立体配線板に個片化する工程と、前記立体配線板の前記ゲートカット部を治具の一面と当接する工程と、前記底面において前記第１の方向に前記接合電極を仮想移動した第１の領域と重畳する領域の面積が、面積の５０％未満である前記アライメントマークを用いて、受光面と裏面とを有し撮像信号を出力する外部電極を前記裏面に有する略直方体の積層素子の前記外部電極を前記接合電極と位置決めする工程と、前記外部電極と前記接合電極とを接合する工程と、を具備する。
　本発明の実施形態によれば、製造が容易な撮像ユニット、製造が容易な内視鏡、および、製造が容易な撮像ユニットの製造方法を提供できる。
第１実施形態の撮像ユニットの斜視図である。 第１実施形態の撮像ユニットの分解斜視図である。 第１実施形態の撮像ユニットのＭＩＤの上面図である。 第１実施形態の撮像ユニットのＭＩＤの一部分の上面図である。 第１実施形態の撮像ユニットの製造方法のフローチャートである。 第１実施形態の撮像ユニットのＭＩＤの製造方法を説明するための平面図である。 第１実施形態の撮像ユニットのＭＩＤの製造方法を説明するための平面図である。 第１実施形態の撮像ユニットの製造方法を説明するための斜視図である。 第１実施形態の変形例１の撮像ユニットのＭＩＤの一部分の上面図である。 第１実施形態の変形例２の撮像ユニットのＭＩＤの一部分の上面図である。 第２実施形態の内視鏡の斜視図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
　なお、実施形態に基づく図面は、模式的なものである。各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率などは現実のものとは異なる。図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。一部の構成要素の図示、符号の付与を省略する。被写体の方向を「上」という。
　＜第１実施形態＞
　図１および図２に示す本実施形態の撮像ユニット１は、立体配線板１０と、積層素子２０と、樹脂３０と、を具備する。なお、図２では樹脂３０は表示していない。
　積層素子２０は、受光面２０ＳＡと受光面２０ＳＡの反対側の裏面２０ＳＢとを有し、撮像信号を出力する外部電極２５を裏面２０ＳＢに有する。積層素子２０は、複数の光学素子が積層された光学系２２と、撮像素子（イメージセンサ）２１とを含む。光学素子は、例えば、ガラス板と樹脂レンズとを有するハイブリッドレンズ素子（複合素子）または赤外線カットフィルタ素子等である。
　光学系２２の構成、すなわち、光学素子の構成（厚さ、形状）、種類、数、および積層順序は、仕様に応じて種々の変形が可能である。いずれかの光学素子の主面にパターニングされた遮光膜が絞りとして配設されていてもよい。
　積層素子２０は、それぞれが複数の光学素子を含む複数の光学素子ウエハからなる積層ウエハと、複数の撮像素子を含む複数の撮像素子ウエハとを接合した接合ウエハを切断するウエハレベル法にて作製されている。このため、積層素子２０は直方体である。積層素子２０は、積層ウエハに複数の撮像素子を接着した接合ウエハを切断するウエハレベル法にて作製されてもよい。
　シリコンを母材とする撮像素子２１は、ＣＣＤ等からなる受光部を有する。積層素子２０（撮像素子２１）は、裏面２０ＳＢの外部電極２５に半田バンプ２９を有する。撮像素子２１の下面に撮像信号を処理する少なくとも１つの半導体素子が積層されていてもよい。半導体素子が積層されていている積層素子では、半導体素子の下面の電極が外部電極２５となる。また、撮像素子２１の上面にカバーガラスが配設されていてもよい。
　立体配線板１０（以下、「配線板１０」という。）は、第１の主面１０ＳＡと、第１の主面１０ＳＡに直交する側面１０ＳＳと、第１の主面１０ＳＡの反対側の第２の主面１０ＳＢと、を有する。第１の主面１０ＳＡは、凹部Ｈ１０を有する。凹部Ｈ１０は、４つの壁面Ｈ１０ＳＳと底面Ｈ１０ＳＢとを有する。４つの壁面Ｈ１０ＳＳのうちの２側面Ｈ１０ＳＳは、凹部Ｈ１０に対する側面１０ＳＳの方向（第１の方向：図のＹ方向）と平行である。凹部Ｈ１０の開口は角が曲線の略矩形であるが、矩形でもよい。
　配線板１０は、凹部Ｈ１０を有する主要部１１と、第１の主面１０ＳＡと平行であり、第２の主面１０ＳＢとの距離が第１の主面１０ＳＡよりも短い第３の主面１０ＳＡ２を有する延設部１２と、を含んでいる。延設部１２の側面が、側面１０ＳＳである。また、配線板１０は、主要部１１をはさんで延設部１２の反対側にも延設部１３を有する。延設部１２は、後述するゲートカット部（凸部）１０Ｐがある側面１０ＳＳを有していれば、例えば、第３の主面１０ＳＡ２は第１の主面１０ＳＡと平行でなくともよい。また、延設部１２は貫通孔を有していたり、電子部品が実装されていたりしてもよい。
　配線板１０は、延設部１２、１３を有していなくともよい。延設部１２、１３を有していない配線板では、主要部１１の側面が側面１０ＳＳである。
　図３、図４に示すように、凹部Ｈ１０の底面Ｈ１０ＳＢには、複数の接合電極１５と複数のアライメントマーク１６（１６Ａ、１６Ｂ）とが配設されている。図示しないが、接合電極１５は表面配線および貫通配線を経由して、第２の主面１０ＳＢの電極と電気的に接続されている。接合電極１５は、凹部Ｈ１０の壁面の配線、第１の主面１０ＳＡの配線、および主要部１１の側面の配線を経由して、第２の主面１０ＳＢの電極と接続されていてもよい。
　積層素子２０は、配線板１０の凹部Ｈ１０に配設されている。積層素子２０の外部電極２５は半田バンプ２９によって、凹部Ｈ１０の底面Ｈ１０ＳＢの接合電極１５と接合されている。すなわち、撮像素子２１の受光部は、外部電極２５、半田バンプ２９、接合電極１５、貫通配線を経由して第２の主面１０ＳＢの電極と電気的に接続されている。
　例えば、熱硬化性エポキシ樹脂である樹脂３０は、凹部Ｈ１０と積層素子２０のとの隙間を封止している。樹脂３０は、積層素子２０を封止すると同時に、積層素子２０に印加される応力を緩和する。積層素子２０の側面から外光が進入するのを防止するため、樹脂３０は、遮光粒子を含んでいることなどにより、遮光性を有することが好ましい。
　積層素子２０の外部電極２５と配線板１０の凹部Ｈ１０の底面Ｈ１０ＳＢの接合電極１５との位置合わせは、アライメント装置を用いて、最初に、治具５０（図８参照）に固定された配線板１０の少なくとも２つのアライメントマーク１６を検出して、次に、アライメントマーク１６の位置を基準に、積層素子２０と配線板１０とが所定の相対位置になるように、積層素子２０または配線板１０を移動することによって行われる。
　例えば、アライメント装置は、撮影した凹部Ｈ１０の底面Ｈ１０ＳＢのサーチ領域ＳＡ（図４）の画像を基に、テンプレート（アライメントマーク１６の大きさ／形状）との相関係数（類似度）を計算し、その類似性を尺度とした幾何学形状パターンマッチングを行い、アライメントマーク１６を検出する。
　配線板１０は、凹部Ｈ１０の４壁面のうちの２側面Ｈ１０ＳＳと平行な第１の方向（図のＹ方向）に突出する凸部１０Ｐを側面１０ＳＳに有する。後述するように、図３に示す凸部１０Ｐは、ゲートカット部であるため、凸部１０Ｐの突出長さ（ｄ）は、複数の配線板１０において異なる。このため、治具５０に固定された複数の配線板１０は、初期位置がばらついている。
　さらに、接合電極１５とアライメントマーク１６とは、積層素子２０の仕様の制約およびアライメント装置の検出能力の制約から、同じ形状かつ同じ大きさである例えば、接合電極１５は直径１００μｍの円形であり、アライメントマーク１６も、直径１００μｍの円形である。このため、アライメントマーク１６を検出するときに、接合電極１５がアライメントマーク１６と誤認識されるおそれがある。接合電極１５とアライメントマーク１６とを、略同じ形状かつ略同じ大きさにしても、接合電極１５がアライメントマーク１６と誤認識されるおそれがある。
　なお、略同じ形状、かつ、略同じ大きさとは、接合電極１５と接合電極１５よりも小さいアライメントマーク１６とを仮想的に重畳した際の重畳領域の面積が、アライメントマーク１６の面積の例えば６０％以上であることを意味している。
　図４に示すように、撮像ユニット１の配線板１０は、凹部Ｈ１０の底面Ｈ１０ＳＢにおいて、接合電極１５を第１の方向（Ｙ方向）に仮想移動した第１の領域Ａ１５と、アライメントマーク１６とは重畳していない。
　アライメント装置のサーチ領域ＳＡは、凸部１０Ｐの突出量のばらつきを考慮して、Ｙ方向に大きめに設定される。しかし、サーチ領域ＳＡが、第１の領域Ａ１５を含まないように設定することによって、接合電極１５がアライメントマーク１６と誤認識されることがない。積層素子２０と配線板１０とは容易に位置合わせできるため、撮像ユニット１は、製造が容易である。
＜撮像ユニットの製造方法＞
　図５のフローチャートにそって、撮像ユニット１の製造方法を説明する。
＜ステップＳ１０＞射出成型
　図６に示すように、複数の配線板１０が射出成型法を用いて作製される。複数の立体配線板の形状を含む金型（不図示）に、スプール４０からランナー４１を経由して、ゲート４２から、ＭＩＤ樹脂が注入される。金型から外された、複数の配線板１０となる複数の成型体は、スプール４０およびランナー４１によってつながっている。
　ＭＩＤ樹脂からなる成型体の表面に、レーザを照射することよって、無電解めっきの触媒活性を有する領域が形成される。さらに、凹部Ｈ１０の底面に貫通孔が形成される。その後、無電解めっき処理を行うことによって、成型体は接合電極１５、アライメントマーク１６等が配設された配線板１０となる。
　すでに説明したように、配線板１０は、第１の主面１０ＳＡと第１の主面１０ＳＡに直交する側面１０ＳＳを有し、第１の主面１０ＳＡの凹部Ｈ１０の底面Ｈ１０ＳＢに、接合電極１５とアライメントマーク１６とを有する。
＜ステップＳ２０＞ゲートカット
　図７に示すように、ランナー４１によってつながっている複数の配線板１０が、それぞれのゲート４２において切断することによって、配線板１０に個片化される。このため、配線板１０は、側面１０ＳＳに、凹部Ｈ１０の壁面Ｈ１０ＳＳと平行な第１の方向に突出するゲートカット部１０Ｐを有する。
＜ステップＳ３０＞治具に配置
　図示しないが、それぞれが複数の光学素子を含む複数の光学素子ウエハからなる積層ウエハに、複数の撮像素子を接合した接合ウエハを切断するウエハレベル法にて、直方体の積層素子２０が作製される。積層素子２０は、裏面２０ＳＢの外部電極２５に半田バンプ２９を有する。
　図８に示すように、配線板１０が治具５０に固定される。治具５０は、アライメント装置の一部であってもよい。このとき、配線板１０のゲートカット部１０Ｐは治具５０の一面と当接した状態となる。
　すでに説明したように、ゲートカット部１０Ｐの側面１０ＳＳからの突出量ｄは、複数の配線板１０において一定ではない。
＜ステップＳ４０＞位置決め
　配線板１０または積層素子２０の少なくともいずれかを、移動しながら、配線板１０の接合電極１５と積層素子２０の外部電極２５との位置決めが行われる。
　最初に、アライメントマーク１６が検出される。アライメントマーク１６の形状によっては、１つのアライメントマーク１６が検出されるだけでもよいが、位置決め精度を高くするために、少なくとも２つのアライメントマーク１６が検出されることが好ましい。
　アライメントマーク１６が検出されると、アライメントマーク１６の位置に対して所定の相対位置にある接合電極１５の位置が推定される。積層素子２０の外部電極２５の位置が、推定された配線板１０の接合電極１５の位置と重畳するように、位置合わせされた状態で、積層素子２０が配線板１０の凹部Ｈ１０に挿入される。
　例えば、アライメント装置のステージの治具に固定された配線板１０の２つのアライメントマーク１６の位置（Ｘ座標値、Ｙ座標値）から、複数の接合電極１５のうちの２つの接合電極１５のＸＹ座標１５が推定される。積層素子２０を保持している保持部材が、積層素子２０を、外部電極２５の位置がＸＹ座標１５まで移動してからＺ方向に移動することによって、位置合わせされた状態で、積層素子２０が配線板１０の凹部Ｈ１０に挿入される。なお、積層素子２０を凹部Ｈ１０に仮固定するために接着剤が用いられてもよい。
　アライメント装置のサーチ領域ＳＡは、第１の領域Ａ１５を含まないように設定されている。このため、接合電極１５がアライメントマーク１６と誤認識されることはない。
＜ステップＳ５０＞接合
　配線板１０と積層素子２０とが、位置決めされ、例えば、仮固定された状態において、リフロー加熱処理されて、外部電極２５と接合電極１５とが、半田バンプ２９によって、接合される。その後、樹脂３０が凹部Ｈ１０と積層素子２０のとの隙間に注入されてから硬化処理が行われる。半田バンプ２９によって接合する際には、あらかじめ外部電極２５にペースト半田を塗布しておいてもよい。
　本実施形態の撮像ユニット１の製造方法は、配線板１０と積層素子２０との位置決めが容易である。
＜第１実施形態の変形例＞
　変形例１、２の撮像ユニット１Ａ、１Ｂは、撮像ユニット１と類似し、同じ効果を有するため、同じ機能の構成には同じ符号を付し説明は省略する。
＜変形例１＞
　図９に示すように本変形例の撮像ユニット１Ａの配線板１０Ａでは、凹部Ｈ１０の底面Ｈ１０ＳＢにおいて、接合電極１５を第１の方向（Ｙ方向）に仮想移動した第１の領域Ａ１５と、アライメントマーク１６とが重畳している重畳領域ＡＸがある。
　しかし、重畳領域ＡＸの面積は、アライメントマーク１６の面積の２０％である。
　アライメント装置のサーチ領域ＳＡは、第１の領域Ａ１５を含んでいるが、接合電極１５の全体を含んではいないため、接合電極１５がアライメントマーク１６と誤認識されることはない。
　なお、誤認識防止のためには、重畳領域ＡＸの面積が、アライメントマーク１６の面積の５０％未満が好ましく、３０％未満が特に好ましい。
＜変形例２＞
　図１０に示すように本変形例の撮像ユニット１Ｂの配線板１０Ｂでは、接合電極１５を第１の方向（Ｙ方向）に仮想移動した第１の領域Ａ１５、および、接合電極１５を第１の方向（Ｙ方向）と直交する第２の方向（Ｘ方向）に仮想移動した第２の領域Ｂ１５と、アライメントマーク１６は重畳していない。
　アライメント装置のサーチ領域（不図示）は、第１の領域Ａ１５および第２の領域Ｂ１５を含んでいない。このため、撮像ユニット１Ｂは、撮像ユニット１よりも、さらに、接合電極１５がアライメントマーク１６と誤認識されることがない。
　なお、アライメントマーク１６の一部が、第１の領域Ａ１５、第２の領域Ｂ１５と、重畳していても、第１の領域Ａ１５とアライメントマーク１６の重畳面積と、第２の領域Ｂ１５とアライメントマーク１６の重畳面積との合計が、アライメントマーク１６の面積の５０％未満であれば、接合電極１５がアライメントマーク１６と誤認識されることがない。
＜第２実施形態＞
　図１１に示す本実施形態の内視鏡９は、挿入部９１と、操作部９２と、ユニバーサルコード９３と、内視鏡コネクタ９４と、を具備する。細長管形状の挿入部９１は、生体の体腔内に挿入される。
　内視鏡９は、挿入部９１の先端部９１Ａに配設された撮像ユニット１、１Ａ、１Ｂを具備する。すでに説明したように、撮像ユニット１、１Ａ、１Ｂは、製造が容易であるため、内視鏡９は製造が容易である。
　なお、積層素子２０が配設される凹部Ｈ１０を有する立体配線板は、ＭＩＤに限定されず、例えば、３Ｄプリンタによる加工または切削加工によって作成してもよい。立体配線板の材質も樹脂には限定されず、セラミックまたはガラスエポキシでもよい。
　内視鏡９は医療用の軟性鏡であるが、別の実施形態の内視鏡は、工業用の内視鏡であってもよいし、挿入部として硬性の直管を有する硬性鏡であってもよい。
　本発明は上述した実施形態等に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。
１、１Ａ、１Ｂ・・・撮像ユニット
９・・・内視鏡
１０・・・立体配線板
１１・・・主要部
１１、１２・・・延設部
１５・・・接合電極
１６・・・アライメントマーク
２０・・・積層素子
３０・・・樹脂

Claims (8)

  1. 　受光面と前記受光面の反対側の裏面とを有し、撮像信号を出力する外部電極を前記裏面に有する略直方体の積層素子と、
    　第１の主面と前記第１の主面に直交する側面とを有し、前記第１の主面の凹部の底面に接合電極とアライメントマークとを有し、前記凹部に配設された前記積層素子の前記外部電極が、前記接合電極と接合されており、前記凹部の壁面と平行な第１の方向に突出する凸部を前記側面に有し、前記底面において、前記第１の方向に前記接合電極を仮想移動した第１の領域と、前記アライメントマークと、が重畳する領域の面積が、前記アライメントマークの面積の５０％未満である立体配線板と、を具備することを特徴とする撮像ユニット。
  2. 　前記アライメントマークは、前記第１の領域と重畳していないことを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
  3. 　前記凸部は、ゲートカット部であることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
  4. 　前記アライメントマークは、前記接合電極と、略同じ形状、かつ、略同じ大きさであることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
  5. 　前記アライメントマークおよび前記接合電極は、略矩形または略円形であることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
  6. 　前記第１の領域と前記アライメントマークとが重畳する前記領域の前記面積と、前記接合電極を前記第１の方向と直交する第２の方向に仮想移動した第２の領域と前記アライメントマークが重畳する領域の面積と、の合計が、前記アライメントマークの面積の５０％未満であることを特徴とする請求項１に記載の撮像ユニット。
  7. 　撮像ユニットを含む内視鏡であって、
    　前記撮像ユニットは、
    　受光面と前記受光面の反対側の裏面とを有し、撮像信号を出力する外部電極を前記裏面に有する略直方体の積層素子と、
    　第１の主面と前記第１の主面に直交する側面とを有し、前記第１の主面の凹部の底面に接合電極とアライメントマークとを有し、前記凹部に配設された前記積層素子の前記外部電極が、前記接合電極と接合されており、前記凹部の壁面と平行な第１の方向に突出する凸部を前記側面に有し、前記底面において、前記第１の方向に前記接合電極を、仮想移動した第１の領域と、前記アライメントマークと、が重畳する領域の面積が、前記アライメントマークの面積の５０％未満である立体配線板と、を具備することを特徴とする内視鏡。
  8. 　第１の主面と前記第１の主面に直交する側面を有し、前記第１の主面の凹部の底面に複数の接合電極とアライメントマークとを有する複数の立体配線板を、それぞれの前記側面から延設されたランナーを経由して樹脂を金型に注入する射出成型法を用いて作製してから、レーザ照射し、めっき成膜することによって作製する工程と、
    　前記複数の立体配線板を、それぞれの前記ランナーを切断することによって、前記側面に、前記凹部の壁面と平行な第１の方向に突出するゲートカット部を有する立体配線板に個片化する工程と、
    　前記立体配線板の前記ゲートカット部を治具の一面と当接する工程と、
    　前記底面において、前記第１の方向に前記接合電極を仮想移動した第１の領域と重畳する領域の面積が、面積の５０％未満である前記アライメントマークを用いて、受光面と裏面とを有し撮像信号を出力する外部電極を前記裏面に有する略直方体の積層素子の前記外部電極を前記接合電極と位置決めする工程と、
    　前記外部電極と前記接合電極とを接合する工程と、を具備することを特徴とする撮像ユニットの製造方法。
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JP2021087032A (ja) * 2019-11-25 2021-06-03 キヤノン株式会社 モジュール、電子ビューファインダおよび撮像装置

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